Sistema aislado en termodinámica: definición, características y ejemplos

2024 Autor: Henry Conors | [email protected]. Última modificación: 2024-02-12 06:05

Hay varios tipos de sistemas en termodinámica: aislados y no aislados. Dónde se encuentran, cuándo se aplican, muestra cuán útiles pueden ser y cómo cuidarlos. De lo contrario, si dichos sistemas resultan perjudiciales para el trabajo humano, cómo deshacerse de ellos.

¿Qué es esto?

Un sistema aislado es absolutamente cualquier acumulación de átomos y moléculas (una cosa, un planeta, un cuerpo humano) que retiene la energía de toda la materia. Tal sistema está completamente aislado del mundo exterior, también se le llama cerrado.

La esencia de un sistema aislado es que, con todo su deseo, no compartirá calor, no derrochará energía, habrá que quitarle la sustancia por la fuerza. Por ejemplo, puedes mirar el acuario. En su interior tienen lugar procesos: los peces mueren, el agua se deteriora, las conchas colapsan. Pero el acuario no entra en contacto con el entorno exterior.

Otro ejemplo de un sistema aislado es un hierro: no gastará energía por sí mismo, no compartirá sustancias. Tal fenómeno se observa en los motores de los tanques, el sistema solar, en todo lo que no comparte energía con otros.

A sistemas aislados cerradosno puedes tomar el automóvil, ¡se mueve a cierta velocidad por sí mismo! Tampoco incluye teteras, plantas, organismos vivos: comparten sustancias con el mundo exterior. Los organismos vivos emiten productos metabólicos, plantas - oxígeno, una tetera - vapor cuando hierven.

Dato interesante: un sistema cerrado se llama un sistema donde la suma de las fuerzas producidas y el trabajo es igual a cero, y aislado, donde los cuerpos simplemente actúan por separado de otros sistemas. Al mismo tiempo, un sistema aislado no siempre está cerrado, pero un sistema cerrado necesariamente estará aislado.

El movimiento es una trampa

Hay una advertencia: no se pueden mover solos, pero si alguien los mueve, la regla no se viola. Entonces, si toma un sistema aislado y lo arroja desde una altura, lo deja caer accidentalmente, lo deja caer desde un paracaídas; no importa, no dejará de estar aislado. A menos, por supuesto, que se rompa durante tales acciones: la misma botella de agua lanzada desde una altura liberará toda el agua, compartirá materia con otros sistemas, lo que significa que el sistema ya no estará cerrado.

Esta descripción se ajusta a una pistola y una bala - no funciona sin un dedo en el gatillo, un cuerpo pesado y la Tierra - no pasa nada si no empujas el cuerpo contra el suelo.

También se debe tener en cuenta el calor

Un sistema aislado en termodinámica es un macrocuerpo que nunca comparte nada: la energía, la materia y el calor no van más allá de los límites del sistema. Un ejemplo es un termo. Mantiene el grado de té vertido en él, una bebida sin intervención humana a la fuerza (abrir y verterél mismo) no compartirá y no gastará energía en ninguna parte.

Además, un sistema aislado siempre se esfuerza por alcanzar el equilibrio termodinámico, y se necesita a alguien más para sacarlo de este estado. Es decir, si damos un ejemplo del mismo termo, luego de una larga estadía en el ambiente, el té aún se enfriará. Por lo tanto, se necesita una persona que vuelva a llenarlo con té caliente y el sistema vuelva a estar termodinámicamente aislado.

¿Por qué es necesario?

El concepto de sistema aislado abarca muchos mecanismos, sistemas y ecosistemas. Una persona necesita comprender cómo están organizados para cuidarlos adecuadamente. Si se trata de un acuario, antes de meterse en él con brazos y piernas, tratando de limpiarlo, primero debe ver cómo hacer todo para no molestarlo. Si se trata de mecanismos o equipos, cómo usarlos, para que luego no sea terriblemente doloroso repararlos.

Al mismo tiempo, si lo tomamos a escala global, el desierto es también un sistema aislado: en su interior tienen lugar ciertos mecanismos de actividad vital que no van más allá. Los bosques, las estepas, los volcanes y la atmósfera sirven como ecosistemas relativamente aislados. Las personas, al no entender cómo funcionan, a veces no se dan cuenta de la magnitud de los problemas que crean.

Hay un "pero" más. Un sistema aislado nunca existirá completamente separado de otros sistemas. Pero este concepto existe. Es conveniente para hacer cálculos en matemáticas, termodinámica, química y física. Todosla energía y la materia que emite un sistema aislado se toman como cero y operan con los números que se necesitan en el momento.

¡Aislar a los no aislados

Incluso un sistema abierto puede quedar aislado si algo lo separa del entorno. Un sistema adiabático actúa como una partición, que sirve como caparazón para un sistema abierto, haciéndolo cerrado. Se puede comparar con papel de aluminio envuelto alrededor de un objeto, tratando de protegerlo de los rayos del sol.

Si lo miras en un sentido más amplio, entonces la atmósfera de la Tierra puede servir como ejemplo: protege al planeta de la influencia cósmica y sirve como un caparazón que nos da vida.

Existe una ley de conservación de la cantidad de movimiento para un sistema aislado cerrado: la suma de impulsos en un sistema cerrado permanece constante, sin importar cómo interactúen los cuerpos entre sí dentro del sistema. Y con razón: aunque la fuerza de los impulsos puede cambiar con el tiempo, las circunstancias, las oportunidades, su suma seguirá siendo constante.

Un punto grueso al final…

Por lo tanto, la conclusión sugiere lo siguiente:

• Un sistema aislado es lo más independiente posible de su entorno y produce energía, trabajo y materia dentro de sí mismo. Permanecerá constante, mientras lucha por el equilibrio.
• Un sistema aislado cerrado tampoco dependerá de las condiciones ambientales, no distinguirá nada de sí mismo, pero el trabajo en él será igual a cero en total. Es decir, la ley de conservación de la cantidad de movimiento seráextenderse a tal sistema en lugar de a uno abierto.
• Un sistema aislado en termodinámica no dependerá del calor del ambiente. Los constructores tratan de lograr este estado cuando aíslan las casas. Por cierto, la espuma puede servir fácilmente como caparazón adiabático para una casa, lo que la convierte en un sistema aislado.
• En principio no existe un sistema aislado: todo interactúa con algo. Si cierra el acuario, el agua tendrá poco oxígeno y los peces morirán. Permanecen en rojo de todos modos.

La ciencia necesita sistemas aislados para tener la pureza del experimento; algunas cantidades pueden despreciarse. Pero en la vida, necesitan cuidado y uso adecuados.